Schlaf ist von entscheidender Bedeutung für eine Vielzahl von physischen bzw. kognitiven Prozessen. Darüber hinaus scheint adäquater Schlaf ein wichtiger Faktor beim Erhalt von Muskelmasse zu spielen (4)(5), wobei insbesondere ältere Individuen darauf achten sollten, nicht weniger als 7 Stunden (qualitativen) Schlaf pro Nacht zu erhalten (um das Risiko für Muskelabbau und Sarkopenie zu reduzieren) (6)(7)(8).

Tierexperimentelle Versuche bestätigen zudem, dass akuter Schlafmangel eine Atrophie der Muskulatur begünstigt (5)(10)(11)(12). Zudem steigt die Gefahr, Muskelmasse zu verlieren, in Energiemangel-Situationen (d.h. während einer Diät mit Kaloriendefizit) bei zu wenig Schlaf (5,5 Stunden/Nacht über einen Zeitraum von 14 Tagen) überproportional an (4).

Die kurzfristige Veränderung der Muskelmasse (über Tage, Wochen und Monate) wird durch die Differenz zwischen Muskel-Proteinsynthese (MPS) und Muskelproteinabbau-Rate (MPB) determiniert (13)(14). Ein unzureichendes Schlafpensum ist dazu in der Lage, den Katabolismus von Protein zu verstärken – was durch vergangene Untersuchungen belegt wird (15).

Potenzielle Zusammenhänge zwischen Schlaf Qualität/Effizienz und Muskelmasse (modifiziert nach Cawthon et al., 2014) HOMA-IR, Homöo- stasismodell für Insulinresistenz; CRP, C-reaktives Protein; IGF-1, insulinähnlicher Wachstumsfaktor-1; TSH, Schilddrüsen- stimulierendes Hormon (Bildquelle: Buchmann et al., 2016)

Nichtsdestotrotz ist die genaue Auswirkung eines Schlafmangels auf den Protein-Turnover nicht umfassend genug untersucht. Es wird jedoch vermutet, dass der Verlust von Muskelmasse mit einer Reduktion der Proteinsynthese (und nicht etwa einer Erhöhung der Proteinabbau-Rate) zusammenhängt (16)(17)(18)(24). Dementsprechend könnten Muskelmasseverluste, die infolge eines Schlafmangels realisiert werden, darauf zurückzuführen sein (wobei nicht auszuschließen ist, dass zu wenig Schlaf auch unabhängig davon einen katabolen Einfluss hat). Leider mangelt es bisher an Untersuchungen, in denen die Effekte eines Schlafmangels auf die Muskel-Proteinsynthese bzw. die Auswirkungen von zu wenig Schlaf auf potenzielle katabole Einflüsse evaluiert wurden.

Wir wissen jedoch, dass Widerstandstraining (z.B. mit Gewichten) und hochintensives Intervalltraining (z.B. HIIT) zu einer potenten Stimulation Muskelproteinsynthese und den damit assoziierten Signalpfaden führt (19)(20)(21). Daraus ergibt sich die Frage, inwiefern körperliche Betätigung – etwa in Form von Intervalltraining, dass vergleichsweise wenig Zeit in Anspruch nimmt (22) – dazu in der Lage sein könnte, den durch Schlafmangel herbeigeführten Muskelverlust zu umgehen.

Oder um das Ganze in eine einfache Frage umzuformulieren: Könnte hochintensives Intervalltraining ein hilfreiches Werkzeug sein, um den Abbau von Muskelmasse unter Schlafmangel-Bedingungen zu verhindern? Ein Team aus Forschern hat diesen Sachverhalt vor kurzem näher untersucht – die Resultate ihres Experiments (und den sich daraus ergebenden Schlussfolgerungen) möchte ich im Rahmen dieses Beitrags mit dir teilen.

Hinweis: Dieser Artikel erschien als Editorial-Beitrag in der Juni 2022 Ausgabe des MHRx Magazins. Registriere dich kostenlos oder logge dich mit deinem bestehenden Account ein, um weitere Editorals zu lesen.

Verringerte Muskel-Proteinsynthese: Hilft hochintensives Intervalltraining (HIIT) bei Schlafmangel?

Was wurde untersucht?

Bis dato wurden die Auswirkungen eines Schlafmangels und Intervalltraining auf die muskuläre Proteinsynthese, sowie die damit verbundenen Signalpfade, nur unzureichend in Menschen untersucht. Um diese Lücke zu schließen, rekrutierten Saner et al. (2020) insgesamt 24 männliche Freizeitsportler im Alter zwischen 18 und 40 Jahren für ihr Experiment (1), die folgende Auswahlkriterien erfüllen mussten:

• Es musste sich um gesunde Individuen handeln, die vor und während der Studie keine Medikamente einnehmen mussten.
• Es kamen nur Teilnehmer in Frage, die in den letzten 3 Monaten keine Schichtarbeit verrichtet haben und die in den letzten 2 Monaten nicht in Übersee gearbeitet haben.
• Die Individuen mussten über reguläre Schlafgewohnheiten verfügen und durften in der Vergangenheit keine Diagnosen für Schlafstörungen erhalten haben.
• Der Body Mass Index musste zwischen 19-30 kg/m² liegen (d.h. es handelte sich um normalgewichtige bis übergewichtige Teilnehmer).

Das Forscherteam stellte die Hypothese auf, wonach die muskuläre Proteinsynthese-Rate (MyoPS) in Individuen, die einen Schlafmangel durchliefen, erniedrigt sein würde und das sich dies auch in den Signalpfaden zeigen würde, die mit der Proteinsynthese und dem Proteinabbau assoziiert sind. Zudem stellte man die Vermutung auf, dass hochintensives Intervalltraining (HIIE) die Auswirkungen verringern würde.

Um diese Annahmen zu überprüfen, bedient man sich eines Modells der Schlafrestriktion, welches zuvor bereits von Reynold et al. (2012) verwendet wurde, um die Effekte des Schlafmangels auf den Glukosestoffwechsel, sowie die Leptin- und Testosteronkonzentration in jungen, erwachsenen Männern zu testen (25). Hierbei schliefen die Studienteilnehmer über einen Zeitraum von 5 Tagen für lediglich 4 Stunden/Nacht (Time In Bed, TIB).

Der gewohnheitsmäßige Schlaf der Probanden wurde eine Woche vor Studienbeginn mittels Aktigraphie (eine nicht-invasive Methode zur Überwachung des menschlichen Ruhe-/Aktivitätszyklus) über eine Armbanduhr und Schlaftagebücher evaluiert. Individuen, die habituell weniger als 6 oder mehr als 9 Stunden pro Nacht schliefen, wurden an dieser Stelle ebenfalls aussortiert.

Nach dem initialen Screening durchliefen die Probanden ein Assessment für die anthropometrischen Messungen (z.B. Größe, Gewicht etc.) und absolvierten einen aeroben  Fitness-Test (GTX) mit graduell ansteigender Schwierigkeit zur Bestimmung der maximalen Sauerstoffaufnahme am Belastungsende (VO_2peak). Anschließend verteilte man die teilnehmenden Individuen in 3 Gruppen:

• NS (n=8): Teilnehmer dieser Gruppe verbrachten an 5 Nächten insgesamt 8 Stunden im Bett (TIB), nämlich von 23:00 – 07:00 Uhr.
• SR (n=8): Teilnehmer dieser Gruppe verbrachten an 5 Tagen insgesamt 4 Stunden im Bett (TIB), nämlich von 03:00 – 07:00 Uhr.
• SR + EX (n=8): Teilnehmer dieser Gruppe verbrachten an 5 Tagen insgesamt 4 Stunden im Bett (TIB), nämlich von 03:00 – 07:00 Uhr. Zudem absolvierten diese Individuen an insgesamt 3 Tagen ein hochintensives Intervalltraining (HIIE), welches pro Einheit aus einem 3-minütigen Warm-Up sowie 10 x 60-sekündigen Belastungsintervallen auf einem Fahrrad-Ergometer bei 90% des individuell bestimmten Widerstands (W_peak) bestand. Jeder Intervall wurde durch eine 75-sekündige aktive Erholungsphase (mit 60W) abgewechselt.
• Zum Studienende folgte eine weitere Nacht, damit sich die Probanden, die eine Schlafrestriktion durchlaufen haben, erholen konnten (Recovery Sleep).

Basis-Charakteristika nach Gruppe. NS = Normaler Schlaf; SR = Schlafrestriktion; SR + EX = Schlafrestriktion + Intervalltraining. (Bildquelle: Saner et al., 2020)

Die Probanden erhielten eigene Zimmer im Labor und ihr Schlaf- sowie Aktivitätsverhalten wurde während der gesamten Untersuchung getrackt. Muskelbiopsien wurden zu verschiedenen Zeitpunkten am Vastus lateralis entnommen und die Wissenschaftler führten entsprechende Berechnungen der Muskelproteinsynthese (MyoPS) durch die Anreicherung von Deuteriumoxid (D2O) bestimmt.

Das Studien-Design. (Bildquelle: Saner et al., 2020)

Was haben die Forscher herausgefunden?

Schlafverhalten & Aktivitätsverhalten

Zu Beginn (Tag 1 und Tag 2) stellten die Wissenschaftler keine signifikanten Differenzen zwischen den Gruppen bei der Gesamt-Schlafdauer (TST) fest (448 ± 25 min [NS] Vs. 452 ± 17 min [NS] Vs. 459 ± 9min [SR+EX], P=0,50). Zudem zeigte die NS-Gruppe keine Unterschiede zwischen der Basis-Messung und der Interventionsperiode (1 ± 28 min; P>0,99).

Bei den beiden anderen Gruppen reduzierte sich die Gesamt-Schlafdauer (TST) während der Interventionsphase in Relation zum Basisausgangswert sowie zur NS-Gruppe entsprechend signifikant (-224 ± 20 min [SR], P<0,001 und -223 ± 9 min [SR+EX], P<0.001).

Keine signifikanten Differenzen zeigten sich dagegen zwischen der SR- und SR+EX-Gruppe während der Interventionsphase (5 ± 3 min, P=0,72).

Die Auswertung des Aktivitätsverhaltens zeigte keine signifikanten Differenzen bei der täglichen Schrittzahl (sowohl habituell, als auch während der Studie).

Aktivitätsverhalten der Studienteilnehmer nach Gruppe. (Bildquelle: Saner et al., 2020)

Myofibrilläre Proteinsynthese (MyoPS)

Die MyoPS zeigte signifikante Unterschiede zwischen den Gruppen während der Interventionsphase (P<0,001). Die myofibrilläre, fraktionelle Proteinsynthese-Rate (FSR) fiel in der SR-Gruppe und verglichen mit der NS-Gruppe signifikant niedriger aus (-0,29 ± 0,08 FSR %/Tag, P=0,004). Außerdem zeigte die MyoPS der NS-Gruppe einen signifikant reduzierten Wert im Vergleich zur SR+EX-Gruppe (-0,37 ± 0,09 FSR %/Tag, P<0.001).

Fraktionssyntheserate (FSR) der myofibrillären Proteine während der Interventionsphase:  Gruppen mit normalem Schlaf (NS), Schlafrestriktion (SR) und Schlafrestriktion + Intervalltraining (SR+EX). Es handelt sich um Mittelwerte ± SD. * = signifikanter Unterschied zwischen NS und SR+EX Bedingungen. (P<0,05). (Bildquelle: Saner et al., 2020)

mRNA Genexpression

Keine signifikanten Differenzen wurden dagegen bei der mit der Proteinsynthese (z.B. p-AKTser473 und p-mTORser2448) und dem Proteinabbau (z.B. Foxo1/3 mRNA und LC3 Protein) verbundenen mRNA-Genexpression zwischen den Gruppen festgestellt.

Interpretation & Praxis

Die Hypothesen von Saner et al. (2020) konnten im Rahmen der hier präsentierten Untersuchung bestätigt werden, wonach eine unzureichende Menge von Schlaf (in dem Fall 5 Tage á 4 Stunden) zu einer negativen Auswirkung auf die Syntheserate von myofibrillären Proteinen bei Menschen im Rahmen von -19% führt.

Die Arbeit hat uns jedoch noch viel mehr gezeigt: Hochintensives Intervalltraining scheint die negativen Effekte von zu wenig Schlaf auf die Muskelproteinsynthese zu minimieren. Individuen, die über 5 Tage lediglich 4 Stunden pro Nacht schliefen, aber im gleichen Zeitraum drei intensive Einheiten auf dem Fahrrad-Ergometer absolvierten, zeigten ähnliche Reaktionen auf die Proteinsynthese, wie die Gruppe aus Probanden, die 8 Stunden pro Nacht schlief (jedoch kein Training absolvierten).

Eine Schlafrestriktion zeigte dagegen – zumindest für diesen untersuchten Zeitraum von 5 Tagen – keine nennenswerten Auswirkungen auf die mRNA Genexpression, die mit dem Auf- und Abbau von Proteinen in Verbindung steht.

Solche Resultate bestätigen zum einen, dass ausreichend viel Schlaf (7-9 Stunden pro Nacht) eine wichtige Rolle bei der Optimierung der Muskelproteinsynthese spielt (27) – wo jeder von uns, der aktiv darauf hinarbeitet, Muskeln aufzubauen, hellhörig werden sollte. Zum anderen verrät uns diese Untersuchung auch, dass wir in schwierigen Lebensphasen, in denen wir weniger Schlaf abbekommen, als wir vielleicht gerne hätten, trotzdem an unserem Training festhalten sollten, um die negativen Effekte des Schlafmangels zu minimieren.

Dies ist natürlich leichter gesagt, als getan. Ich kann mir sehr gut vorstellen, dass eine Person, die ein paar Nächte mit zu wenig Schlaf zubringt, weder dazu motiviert ist, sich körperlich zu verausgaben, noch dazu die erforderliche Leistung an den Tag legt, um produktiv zu trainieren – was durch eine Meta-Analyse von Knowles et al. (2018) gestützt wird (26). Ein Freihantel-Training könnte unter solchen Begebenheiten obendrein auch das Risiko für Verletzungen erhöhen, was zweifelsohne niemand von uns in Kauf nehmen will. Saner et al. (2020) zeigen jedoch, dass du dazu nicht unbedingt eine knackenharte Trainingseinheit mit Kniebeugen und Kreuzheben absolvieren musst, sondern auch auf ein Cardio-Gerät ausweichen kannst, um eine kurze und intensive Einheit (10 x 60-sekündige Intervalle mit 75-sekündigen aktiven Erholungsphasen) durchzuführen.

Abschließende Worte

Eine gute Nacht voll Schlaf ist ein wertvoller Verbündeter für jeden von uns – selbst wenn wir nicht trainieren, um groß und stark zu werden.

Individuen, die weniger als 7 Stunden pro Nacht an der Matratze horchen, laufen nicht nur Gefahr, ihre Gesundheit zu verschlechtern (z.B. in Form der Immunabwehr oder der Risikominimierung für typische Zivilisationskrankheiten, wie etwa Diabetes), sondern erschweren sich auch gleichzeitig die Verbesserung der Körperkomposition und Leistung (27).

Schlafmangel und seine Auswirkungen auf die Pathophysiologie des menschlichen Körpers. (Bildquelle: Chattu et al, 2018)

Eine Schlafrestriktion – ganz gleich ob freiwillig oder unfreiwillig – beeinträchtigt die Fähigkeit unseres Körpers zur Synthese neuer Proteine und auch wenn Saner et al. (2020) die Veränderung der fettfreien Magermasse in ihrer Studie nicht analysiert haben (der Untersuchungszeitraum wäre ohnehin viel zu kurz) und wir deswegen keine direkten Rückschlüsse auf die Hypertrophie schließen können, muss man kein Experte sein, um zu erahnen, dass die Resultate in keinem positiven Licht erscheinen.

Interessant wäre es natürlich gewesen, wenn das Forscherteam eine vierte Gruppe, nämlich normales Schlafpensum + Training, in ihre Arbeit integriert hätten. Eine solche Gruppe würde vermutlich die besten Ergebnisse hinsichtlich der Stimulation der Proteinsynthese zeigen.

Deswegen solltest du es genau so machen: Ausreichend schlafen, regenerieren und intensiv trainieren, um ideal Muskeln aufzubauen (oder diese zu erhalten). Und sollte es wider erwarten mit dem Schlaf nicht ganz klappen, so kannst du dir trotzdem sicher sein, dass sich eine Trainingseinheit lohnt – und sei es auch nur aus dem Grund, um die nachteilige Wirkung von zu wenig Schlaf abzufedern.

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Bildquelle Titelbild: fotolia / EVGENIY